Большая часть воды на Земле может быть "кометного" происхождения

Изотопный анализ газов в "хвосте" кометы Чурюмова-Герасименко показал, что большая часть запасов ксенона и других благородных газов, а также воды, могла попасть на Землю вместе с кометами, заявляют ученые в статье, опубликованной в журнале Science. 

"Необычный изотопный состав ксенона в материи кометы Чурюмова-Герасименко позволяет нам оценить то, как сильно эти объекты "вложились" в формирование земной атмосферы. Они могли столкнуться или еще с зародышем Земли, или упасть на нее в Гадейский период, 4,5-3,8 миллиарда лет назад. Подобный сценарий к тому же хорошо объясняет то, почему падения комет почти не повлияли на долю тяжелого водорода в воде мирового океана", — рассказывают Кэтрин Альтвегг (Kathrin Altwegg) из университета Берна (Швейцария) и ее коллеги.

Сегодня ученые считают, что Земля сформировалась в "теплой" части протопланетного диска, где молекулы органики и вода не могли существовать из-за того, что ультрафиолетовое излучение светила разрывало воду и "кирпичики жизни" на части и не давало им соединиться. По этой причине ученые считают, что вода была принесена на Землю с холодных дальних подступов Солнечной системы, а органика или возникла уже на поверхности планеты, или была занесена вместе с влагой.

На роль этих "водовозов" и поставщиков веществ, по словам Альтвегг, претендует два класса малых небесных тел —  астероиды и кометы, в равной степени бомбардировавшие поверхность юной Земли примерно 3,8 миллиарда лет назад.

За последние два года ученые, благодаря миссии "Розетта" и наземным телескопам, предоставили множество доказательств того, что кометы могли лидировать в этой гонке. К примеру, выяснилось, что на их поверхности присутствуют спирт, сахара и целый ряд других органических соединений, из которых могут формироваться настоящие "кирпичики жизни", из которых состоят белки и ДНК.

Альтвегг и ее команда нашли еще одно свидетельство того, что кометы активно участвовали в формировании Земли, изучая данные, которые спектрометр COSINA, установленный на борту зонда "Розетта", собирал во время пролетов через "хвост" и в ходе сближений с поверхностью кометы Чурюмова-Герасименко в конце мая 2016 года.

Как рассказывают ученые, эти пролеты указали на неожиданную вещь — в недрах кометы содержалось необычно мало тяжелых изотопов ксенона и достаточно много ксенона-129 — легкого изотопа, чьи атомы возникали в первые мгновения жизни Солнечной системы в результате распада нестабильного йода-129 в газопылевом "коконе" Солнца.

Период его полураспада составляет всего 15,6 миллиона лет, благодаря чему все запасы йода-129 должны были исчезнуть из Солнечной системы в первые 100 миллионов лет ее жизни, оставив уникальный след в виде атомов ксенона-129 в атмосферах всех ее планет.

Его доля в атмосфере Земли, как отмечают Альтвегг и ее коллеги, не совпадает с аналогичным значением для астероидов-хондритов, из которых были "слеплены" планеты Солнечной системы. В их материи содержится мало ксенона-129 и гораздо больше ксенона-134 и ксенона-136, чем в земном воздухе. Ученые долгое время не могли найти объяснение этой аномалии.

Ответ на эту загадку был найден в газовом "хвосте" кометы Чурюмова-Герасименко – ее недра содержат на 40-60% меньше тяжелых изотопов ксенона, чем материя хондритов и солнечного ветра, постоянно пополняющие запасы этого газа в атмосфере Земли. Как показывают расчеты ученых, примерно 23% земного ксенона попало в атмосферу нашей планеты вместе с кометами, а остальные 77% — с солнечным ветром и астероидами.

Данное открытие, как отмечают Альтвегг и ее коллеги, позволяет прояснить некоторые детали того, какую роль кометы играли в формировании Земли. Подобные доли изотопов ксенона в их недрах, к примеру, говорят о том, что зерна льда в кометах сформировались еще до рождения Солнечной системы, за несколько миллионов лет до того, как центральная часть газопылевого "кокона", где родилось Солнце, начала прогреваться.

Это позволяет объяснить некоторые странности в химическом составе кометы Чурюмова-Герасименко, такие как наличие в ней свободного кислорода и серы, а также объясняет то, почему доли тяжелого и нормального водорода  в океанах Земли не совпадают с значениями, характерными для комет. Кроме того, данные по изотопному составу ксенона хорошо согласуются с замерами по долям других благородных газов — аргона и криптона, также свидетельствующими в пользу "кометного" происхождения воды и воздуха на Земле.